CN114876128A - 一种具有高抗拔力的灌浆套筒及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高抗拔力的灌浆套筒及其制作方法,所述灌浆套筒的外壁两端分别设置有灌浆孔和排浆孔,其内壁两端分别沿轴向间隔设置有多个剪力槽,所述灌浆套筒通过灌入其内的砂浆实现与插入其两端的钢筋固定连接;所述灌浆套筒两端的钢筋插入口处的内壁呈内大外小的锥形结构,即位于灌浆套筒两端的剪力槽为带锥度的剪力槽,通过带锥度的剪力槽使砂浆与剪力槽的咬合呈斜向。本发明通过改变灌浆套筒的结构形式,进而改变砂浆的受力状态,使砂浆从纯剪的应力状态变为多向应力状态,使砂浆不只承受水平方向的力,通过多向受力状态下的砂浆提高灌浆套筒和钢筋连接结构的整体抗拔力。
Description
技术领域
本发明涉及灌浆套筒的技术领域,尤其是指一种具有高抗拔力的灌浆套筒及其制作方法。
背景技术
灌浆套筒连接技术适用于钢筋混凝土结构工程、钢结构工程、桥梁工程、海上石油开采平台工程、近海风力发电塔等领域。灌浆套筒连接技术是一种由于工程实践的需要和技术发展而产生的新型钢结构连接方式,该种连接方式的出现弥补了传统的钢结构连接方式(主要包括焊接和螺栓连接)的不足,并得到了迅速的发展和应用。其主要包括全灌浆套筒连接和半灌浆套筒连接,其中,全灌浆套筒是在套筒内设置剪力槽,套筒壁厚度相同,被连接钢筋插入套筒,钢筋与套筒之间注满砂浆,通过砂浆与剪力槽之间纯剪切力来承担全灌浆套筒的抗拔力,而砂浆的抗剪强度远小于其抗压强度,因而目前的套筒连接没有充分利用砂浆的抗压强度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种具有高抗拔力的灌浆套筒及其制作方法,通过改变灌浆套筒的结构形式,进而改变砂浆的受力状态,使砂浆从纯剪的应力状态变为多向应力状态,使砂浆不只承受水平方向的力,通过多向受力状态下的砂浆提高灌浆套筒和钢筋连接结构的整体抗拔力。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案为:一种具有高抗拔力的灌浆套筒,所述灌浆套筒的外壁两端分别设置有灌浆孔和排浆孔,其内壁两端分别沿轴向间隔设置有多个剪力槽,所述灌浆套筒通过灌入其内的砂浆实现与插入其两端的钢筋固定连接;所述灌浆套筒两端的钢筋插入口处的内壁呈内大外小的锥形结构,即位于灌浆套筒两端的剪力槽为带锥度的剪力槽,通过带锥度的剪力槽使砂浆与剪力槽的咬合呈斜向,使砂浆从纯剪的应力状态变为多向应力状态,通过多向受力状态下的砂浆提高灌浆套筒和钢筋连接结构的整体抗拔力。
进一步,所述灌浆套筒的中部设有限位销钉,通过限位销钉以避免插入灌浆套筒两端的钢筋长度不同导致钢筋受力不均匀。
进一步,所述灌浆套筒两端的钢筋插入口处分别设有用于防止砂浆溢出的密封圈。
进一步,所述灌浆套筒为钢套筒。
一种具有高抗拔力的灌浆套筒的制作方法,步骤如下:
S1、根据灌浆套筒的尺寸规格确定其不带锥度的剪力槽直径Dt、剪力槽长度Lc、钢筋插入口端部直径dt、相邻两个剪力槽之间的台阶长度Ls、带锥度的剪力槽的锥度a;
S2、根据相邻两个剪力槽之间台阶的尺寸制作刀片组隔块,使刀片组隔块的直径d<2dt-Dt,刀片组隔块的长度等于相邻两个剪力槽之间的台阶长度Ls;
S3、灌浆套筒内部远离钢筋插入口处的剪力槽为不带锥度的剪力槽,根据不带锥度的剪力槽的尺寸信息制作对应的刀片组,每个刀片组包括层叠设置的n片刀片,每片刀片均为不带锥度的刀片,其厚度为保证剪力槽的切削深度,每片刀片的直径D应满足D-d>Dt-dt,即D>Dt-dt+d,同时需要保证刀片能够进入灌浆套筒内,所以使刀片直径D<dt,则加工不带锥度的剪力槽所对应的刀片直径D应满足dt>D>Dt-dt+d;
S4、灌浆套筒内部钢筋插入口处的剪力槽为带锥度的剪力槽,根据每个带锥度的剪力槽的尺寸信息制作对应的刀片组,每个刀片组包括层叠设置的n片刀片,每片刀片均为带锥度的刀片,其厚度根据公式求出每片带锥度的刀片的直径:
……
……
S5、将步骤S3和步骤S4制作出的刀片上镀上金刚砂;
S6、根据刀片组隔块的尺寸制作刀杆,DX=d-2t1,DX为刀杆的直径,d为刀片组隔块的直径,t1为刀片组隔块的壁厚;
S7、将刀杆、刀片及刀片组隔块装配成组合刀具;
S8、将组合刀具同轴插入灌浆套筒内,使组合刀具以角速度ω1旋转,灌浆套筒以角速度ω2反方向旋转,且ω1>ω2,组合刀具在灌浆套筒内部以速度v进刀,当加工出所需的剪力槽后,组合刀具退回到与灌浆套筒同轴,抽出组合刀具完成制作。
进一步,所述不带锥度的刀片以及带锥度的刀片均包括圆形的刀片主体以及沿圆形的刀片主体周向均布的多个排渣槽,每个排渣槽的底部设有冲渣冷却水孔,所述冲渣冷却水孔与刀杆的环形出水槽连通,相邻刀片的排渣槽以设定角度相对彼此交错。
进一步,所述刀杆为中空的管状结构,其中心处为冲渣冷却水进水孔,其外周面上加工有多个环形出水槽,每个环形出水槽与冲渣冷却水进水孔通过冲渣冷却水出水孔连通,每个环形出水槽上对应安装有一个刀片。
进一步,所述刀片组隔块为筒状结构。
本发明与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
本发明通过改变灌浆套筒的结构形式,在灌浆套筒两端的钢筋插入口内壁设置微小坡度,使灌浆套筒呈现微小的收口,在保证钢筋可以插入的同时,使砂浆与灌浆套筒的咬合呈斜向,使砂浆不只承受水平方向的力,同时增加了一个压力,进而改变砂浆的应力状态,通过多向受力状态下的砂浆提高结构的整体抗拔力。另外,本发明通过采用超高强微膨胀砂浆进行灌注,在砂浆注入后体积会发生膨胀,此时砂浆会受到灌浆套筒的压力,从而提高砂浆的抗剪强度,进一步增强灌浆套筒和钢筋连接结构的整体抗拔力。
附图说明
图1为本发明的灌浆套筒的结构示意图。
图2为本发明的灌浆套筒的内部结构示意图。
图3为本发明加工灌浆套筒所采用的刀片组隔块的结构示意图。
图4为本发明加工灌浆套筒所采用的刀片组隔块的剖视图。
图5为本发明加工灌浆套筒所采用的组合刀具的结构示意图。
图6为本发明加工灌浆套筒所采用的组合刀具的使用示意图。
图7为本发明加工灌浆套筒所采用的刀杆的结构示意图。
图8为本发明加工灌浆套筒所采用的带锥度的刀片的主视图。
图9为本发明加工灌浆套筒所采用的带锥度的刀片的剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但本发明的使用方式不限于此。
如图1所示,本实施例所述的具有高抗拔力的灌浆套筒,所述灌浆套筒1为钢套筒,其外壁两端分别开设有灌浆孔101和排浆孔102,其内壁两端分别沿轴向间隔设置有多个剪力槽103,所述灌浆套筒1通过灌入其内的砂浆2实现与插入其两端的钢筋(图中未示出)固定连接;所述灌浆套筒1两端的钢筋插入口处的内壁呈内大外小的锥形结构,即位于灌浆套筒1两端的剪力槽为带锥度的剪力槽,通过带锥度的剪力槽使砂浆2与剪力槽的咬合呈斜向,使砂浆2从纯剪的应力状态变为多向应力状态,通过多向受力状态下的砂浆2提高灌浆套筒1和钢筋连接结构的整体抗拔力。
具体分析过程如下:
根据材料力学的相关公式,取单元体进行分析,当砂浆受到纯剪切作用时,其破坏准则为τ>[τ],其中式中,τ为砂浆受到的拉拔钢筋所产生的剪应力,[τ]为砂浆的许可剪应力,F为拉拔力,S为砂浆受剪切面积,此时如砂浆强度不能满足则材料发生破坏。当采用本实施例的结构后,砂浆会受到多向压力与剪切力的共同作用,此时其所受力的状态都将发生变化,其破坏发生的形态也随之发生改变。根据材料力学中的摩尔—库伦破坏准则可知,在复杂应力作用下,材料的截面发生破坏,采用摩尔库伦准则可知,此时材料的各截面上的应力公式如下:
其中,σx、σy分别为互相垂直的两个面x、y上的正应力,τxy为相应面上的剪应力,σα、τα分别为与x方向夹角为α的面上的正应力和剪应力;
根据上面公式得出砂浆的极限切应力值为由公式可知当砂浆受到多向应力时,极限切应力值会大于纯剪状态的切应力值,因此砂浆需要受到更大的作用力才会发生破坏,因此,使砂浆从纯剪的应力状态变为多向应力状态,能够有效提高灌浆套筒和钢筋连接结构的整体抗拔力。
具体的,在灌浆套筒1的中部设有限位销钉3,通过限位销钉3能够确保插入灌浆套筒1两端的钢筋长度相同,避免出现两端钢筋长度不同导致钢筋受力不均匀的问题。
具体的,所述灌浆套筒1两端的钢筋插入口处分别设有用于防止砂浆溢出的密封圈4。
具体的,本实施例所采用的砂浆优选超高强微膨胀砂浆,当超高强微膨胀砂浆注入灌浆套筒硬化后,体积会发生一定程度的膨胀,从而使砂浆与灌浆套筒连接的更加密实,同时也使砂浆受到灌浆套筒筒壁的约束力作用,改变其纯剪的受力状态,增强其受力性能,进一步提高灌浆套筒和钢筋连接结构的整体抗拔力。
本实施例所述的具有高抗拔力的灌浆套筒的制作方法,步骤如下:
S1、如图2所示,根据灌浆套筒1的尺寸规格确定其不带锥度的剪力槽1031直径Dt、剪力槽长度Lc、钢筋插入口端部直径dt、相邻两个剪力槽之间的台阶1033长度Ls、带锥度的剪力槽1032的锥度a;
S2、根据相邻两个剪力槽之间的台阶1033的尺寸信息制作刀片组隔块7,如图3、图4所示,刀片组隔块7为筒状结构,使刀片组隔块7的直径d<2dt-Dt,刀片组隔块7的长度等于相邻两个剪力槽之间的台阶1033长度Ls,其壁厚t1根据实际需求设置;
S3、灌浆套筒内部远离钢筋插入口处的剪力槽为不带锥度的剪力槽1031,根据不带锥度的剪力槽1031的尺寸信息制作对应的刀片组,每个刀片组包括层叠设置的n片刀片,每片刀片均为不带锥度的刀片5,其厚度为保证剪力槽的切削深度,不带锥度的刀片5的直径D应满足D-d>Dt-dt,即D>Dt-dt+d,同时需要保证刀片能够进入灌浆套筒内,所以使刀片的直径D<dt,即加工不带锥度的剪力槽1031所对应的不带锥度的刀片5的直径D应满足dt>D>Dt-dt+d;
S4、灌浆套筒内部钢筋插入口处的剪力槽为带锥度的剪力槽1032,根据每个带锥度的剪力槽1032的尺寸信息制作对应的刀片组,每个刀片组包括层叠设置的n片刀片,每片刀片均为带锥度的刀片6,其厚度根据公式求出所有带锥度的刀片6的直径:
……
……
S5、将步骤S3和步骤S4制作出的刀片上镀上金刚砂;
S6、根据刀片组隔块7的尺寸制作刀杆8,DX=d-2t1,DX为刀杆8的直径,d为刀片组隔块7的直径,t1为刀片组隔块7的壁厚;
S7、如图5所示,将不带锥度的刀片5、带锥度的刀片6、刀片组隔块7根据灌浆套筒内部不带锥度的剪力槽、带锥度的剪力槽和台阶的位置分别装在刀杆8上对应的位置,装配成组合刀具;
S8、如图6所示,将组合刀具同轴插入灌浆套筒内,使组合刀具以角速度ω1旋转,灌浆套筒以角速度ω2反方向旋转,且ω1>ω2,组合刀具在灌浆套筒内部以速度v进刀,当加工出所需的剪力槽后,组合刀具退回到与灌浆套筒同轴,抽出组合刀具完成制作。
具体的,如图7所示,刀杆8为中空的管状结构,其中心处为冲渣冷却水进水孔801,其外周面上加工有多个环形出水槽802,每个环形出水槽802与冲渣冷却水进水孔801通过冲渣冷却水出水孔803连通,每个环形出水槽802上对应安装有一个刀片。
如图8、图9所示,所述带锥度的刀片6包括圆形的刀片主体601以及沿圆形的刀片主体601周向均布的多个排渣槽602,每个排渣槽602的底部设有冲渣冷却水孔603,所述冲渣冷却水孔603与刀杆8的环形出水槽802连通,相邻刀片的排渣槽602以设定角度相对彼此交错。
所述不带锥度的刀片5的结构与带锥度的刀片6的结构类似,不同之处在于带锥度的刀片6的外周面带有锥度,不带锥度的刀片5的外周面锥度为0。
本发明通过改变灌浆套筒的结构形式,在灌浆套筒两端的钢筋插入口内壁设置微小坡度,使灌浆套筒呈现微小的收口,在保证钢筋可以插入的同时,使砂浆与灌浆套筒的咬合呈斜向,使砂浆不只承受水平方向的力,同时增加了一个压力,进而改变砂浆的应力状态,通过多向受力状态下的砂浆提高结构的整体抗拔力。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例,并非以此限制本发明的实施范围,故凡依本发明之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种具有高抗拔力的灌浆套筒,所述灌浆套筒的外壁两端分别设置有灌浆孔和排浆孔,其内壁两端分别沿轴向间隔设置有多个剪力槽,所述灌浆套筒通过灌入其内的砂浆实现与插入其两端的钢筋固定连接;其特征在于:所述灌浆套筒两端的钢筋插入口处的内壁呈内大外小的锥形结构,即位于灌浆套筒两端的剪力槽为带锥度的剪力槽,通过带锥度的剪力槽使砂浆与剪力槽的咬合呈斜向,使砂浆从纯剪的应力状态变为多向应力状态,通过多向受力状态下的砂浆提高灌浆套筒和钢筋连接结构的整体抗拔力。
2.根据权利要求1所述的一种具有高抗拔力的灌浆套筒,其特征在于:所述灌浆套筒的中部设有限位销钉,通过限位销钉以避免插入灌浆套筒两端的钢筋长度不同导致钢筋受力不均匀。
3.根据权利要求1所述的一种具有高抗拔力的灌浆套筒,其特征在于:所述灌浆套筒两端的钢筋插入口处分别设有用于防止砂浆溢出的密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种具有高抗拔力的灌浆套筒,其特征在于:所述灌浆套筒为钢套筒。
5.根据权利要求1~4所述的一种具有高抗拔力的灌浆套筒的制作方法,其特征在于,步骤如下:
S1、根据灌浆套筒的尺寸规格确定其不带锥度的剪力槽直径Dt、剪力槽长度Lc、钢筋插入口端部直径dt、相邻两个剪力槽之间的台阶长度Ls、带锥度的剪力槽的锥度a;
S2、根据相邻两个剪力槽之间台阶的尺寸制作刀片组隔块,使刀片组隔块的直径d<2dt-Dt,刀片组隔块的长度等于相邻两个剪力槽之间的台阶长度Ls;
S3、灌浆套筒内部远离钢筋插入口处的剪力槽为不带锥度的剪力槽,根据不带锥度的剪力槽的尺寸信息制作对应的刀片组,每个刀片组包括层叠设置的n片刀片,每片刀片均为不带锥度的刀片,其厚度为保证剪力槽的切削深度,每片刀片的直径D应满足D-d>Dt-dt,即D>Dt-dt+d,同时需要保证刀片能够进入灌浆套筒内,所以使刀片直径D<dt,则加工不带锥度的剪力槽所对应的刀片直径D应满足dt>D>Dt-dt+d;
S4、灌浆套筒内部钢筋插入口处的剪力槽为带锥度的剪力槽,根据每个带锥度的剪力槽的尺寸信息制作对应的刀片组,每个刀片组包括层叠设置的n片刀片,每片刀片均为带锥度的刀片,其厚度根据公式求出每片带锥度的刀片的直径:
……
……
S5、将步骤S3和步骤S4制作出的刀片上镀上金刚砂;
S6、根据刀片组隔块的尺寸制作刀杆,DX=d-2t1,DX为刀杆的直径,d为刀片组隔块的直径,t1为刀片组隔块的壁厚;
S7、将刀杆、刀片及刀片组隔块装配成组合刀具;
S8、将组合刀具同轴插入灌浆套筒内,使组合刀具以角速度ω1旋转,灌浆套筒以角速度ω2反方向旋转,且ω1>ω2,组合刀具在灌浆套筒内部以速度v进刀,当加工出所需的剪力槽后,组合刀具退回到与灌浆套筒同轴,抽出组合刀具完成制作。
6.根据权利要求5所述的一种具有高抗拔力的灌浆套筒的制作方法,其特征在于:所述不带锥度的刀片以及带锥度的刀片均包括圆形的刀片主体以及沿圆形的刀片主体周向均布的多个排渣槽,每个排渣槽的底部设有冲渣冷却水孔,所述冲渣冷却水孔与刀杆的环形出水槽连通,相邻刀片的排渣槽以设定角度相对彼此交错。
7.根据权利要求5所述的一种具有高抗拔力的灌浆套筒的制作方法,其特征在于:所述刀杆为中空的管状结构,其中心处为冲渣冷却水进水孔,其外周面上加工有多个环形出水槽,每个环形出水槽与冲渣冷却水进水孔通过冲渣冷却水出水孔连通,每个环形出水槽上对应安装有一个刀片。
8.根据权利要求5所述的一种具有高抗拔力的灌浆套筒的制作方法,其特征在于:所述刀片组隔块为筒状结构。
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